Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Leistungsbedarf und USV

Leistungsbedarf berechnen und USV auswählen: Wirk- und Scheinleistung, Leistungsfaktor, VFD, VI und VFI, Überbrückungszeit, Bypass und Shutdown.

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Darum geht es

Für die Auswahl einer USV addierst du zuerst die Leistungsaufnahme aller Geräte. Die USV muss sowohl die Wirkleistung in Watt als auch die Scheinleistung in VA tragen; aus der Wirkleistung und dem Leistungsfaktor $cos φ$ ergibt sich die Scheinleistung. Eine Reserve für Erweiterungen ist üblich.

Nach IEC 62040-3 gibt es drei Klassen. VFD (Offline oder Standby) schaltet bei Netzausfall erst auf den Wechselrichter um. VI (Line-Interactive) regelt zusätzlich Spannungsschwankungen aus. VFI (Online, Doppelwandler) versorgt die Last ständig über Gleichrichter und Wechselrichter, schaltet ohne Unterbrechung und liefert eine saubere Spannung, hat aber mehr Verluste. Ein Wartungsbypass erlaubt den Batterietausch, ohne die Last abzuschalten.

Die Überbrückungszeit hängt von der gespeicherten Energie, dem Wirkungsgrad des Wechselrichters und der Last ab; die einfache Formel liefert einen Richtwert, genauer ist die Kurve im Datenblatt. Batterien altern, besonders bei Wärme; eine vier Jahre alte Batterie liefert oft nur noch einen Bruchteil der Nennzeit. Darum gehören Batterietests und Tauschintervalle in die Wartung. Reicht die Zeit nicht für einen langen Ausfall, fährt eine Software über Netzwerkkarte oder USB Server und Speicher geordnet herunter. Verluste einer Online-USV erzeugen Stromkosten und Wärme, die du in die Betriebskosten einrechnest.

Das solltest du dir merken

Eine USV wird nach Watt und VA ausgelegt, beide Grenzen müssen passen.
VFI ist die Online-USV mit Doppelwandlung und ohne Umschaltzeit.
Ein Wartungsbypass erlaubt Arbeiten an der USV ohne Abschalten der Last.
Die Überbrückungszeit sinkt mit dem Alter der Batterie und bei Wärme.
Bei langen Ausfällen sorgt eine Shutdown-Software für geordnetes Herunterfahren.

Formeln

Scheinleistung: $S = \frac{P}{c o s φ}$; $S$ Scheinleistung in VA, $P$ Wirkleistung in W, $cos φ$ Leistungsfaktor
Gespeicherte Energie der Batterie: $W = U \cdot Q$; $W$ Energie in Wh, $U$ Batteriespannung in V (Reihenschaltung addiert), $Q$ Kapazität in Ah
Überbrückungszeit (Richtwert): $t = \frac{W \cdot η}{P}$; $t$ Zeit in h, $W$ Energie in Wh, $η$ Wirkungsgrad des Wechselrichters, $P$ Last in W
Verlustleistung der USV: $P_{V} = \frac{P}{η} - P$; $P$ abgegebene Leistung in W, $η$ Wirkungsgrad der USV

Typische Fehler in der Prüfung

Nur die Wirkleistung geprüft und die VA-Grenze der USV übersehen.
Bei Batterien in Reihe die Kapazität statt der Spannung addiert.
Den Wirkungsgrad bei der Überbrückungszeit vergessen oder falsch herum eingesetzt.
Stunden und Minuten bei der Überbrückungszeit nicht sauber umgerechnet.

Tipps aus der Werkstatt

USV-Klassen nach Umschaltzeit: Offline (VFD) schaltet um, Line-Interactive (VI) regelt nach, Online (VFI) läuft dauerhaft über Gleichrichter und Wechselrichter ohne Lücke. Server bekommen Online.
USV immer in zwei Grenzen prüfen: Scheinleistung S = P / cos φ in VA und Wirkleistung in W, beide müssen passen. Überbrückungszeit: Akkuenergie (U · Ah) mal Wirkungsgrad geteilt durch Last, dann Stunden in Minuten.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

18 Aufgaben zu „Leistungsbedarf und USV“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan IT-Systemelektroniker/-in (KMK 2019), Lernfeld 10; IEC 62040-3 (USV-Klassifizierung). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.